Pedro Cermeño, Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) and Ramiro Logares, Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC)
El cambio climático y el crecimiento demográfico están sometiendo a los sistemas energéticos y alimentarios mundiales a una presión sin precedentes.
El encarecimiento de los alimentos y la escasez de recursos básicos como agua potable y energía pueden desencadenar conflictos, migraciones masivas e inestabilidad política y social en las regiones más vulnerables. Para garantizar un futuro seguro y equitativo para todos es crucial acelerar la transición hacia fuentes de energía renovable y sistemas de producción alimentaria eficientes y sostenibles. En este contexto, el mundo microscópico tiene mucho que aportar.
Las microalgas, incluyendo las cianobacterias, son los organismos fotosintéticos más eficientes del planeta. Pueden generar hasta treinta veces más biomasa por unidad de superficie que los cultivos agrícolas más productivos. Esto, unido a su capacidad para prosperar en terrenos áridos y aguas saladas o residuales, las convierte en una alternativa prometedora para la producción sostenible de biocombustibles y alimentos ricos en proteínas y ácidos grasos.
Sin embargo, a pesar de su gran potencial en sectores como la bioenergía y la alimentación, las microalgas aún no han conquistado el mercado. Para lograrlo es necesario aumentar la capacidad de producción actual de manera exponencial y reducir los costes. Los avances en genómica, ingeniería genética e inteligencia artificial nos sitúan más cerca que nunca de poder hacer realidad esta revolución microscópica.
La solución reside en los genomas
Se estima que existen entre 200 000 y 800 000 especies de microalgas, de las cuales apenas 50 000 han sido descritas y tan solo unas pocas se explotan comercialmente. Este vasto universo de microorganismos tiene un enorme potencial biotecnológico aún por descubrir. Sin embargo, identificar las posibilidades de cada especie es un proceso lento y costoso, debido a la necesidad de realizar pruebas y análisis específicos para cada una de ellas.
Afortunadamente, las tecnologías avanzadas de secuenciación genómica permiten descifrar el “manual de instrucciones” de las microalgas. Gracias a ellas podemos revelar genes clave en la producción de compuestos bioactivos, enzimas novedosas y mecanismos de resistencia a plagas y condiciones ambientales extremas. De esta manera se está acelerando la prospección de nuevas especies, identificando en tiempo récord aquellas que poseen características de alto valor biotecnológico.
Descifrar el código genético de las microalgas, es decir, comprender la función de cada gen y las rutas metabólicas que siguen, es fundamental para aprovechar este potencial. Armados con este conocimiento, las herramientas de edición genética permiten diseñar microalgas “a la carta”.
Estas herramientas funcionan como “tijeras moleculares” con las que reescribir el código genético de las especies, insertando, eliminando o modificando genes específicos de manera precisa y controlada.
Por ejemplo, al modificar los genes responsables de la síntesis de la pared celular, podemos hacer que las microalgas sean más resistentes a patógenos y depredadores. Mejorar la eficiencia de las proteínas transportadoras de membrana permitirá a las microalgas absorber nutrientes de manera más eficiente. Asimismo, al potenciar la eficiencia de los complejos antena, los sistemas encargados de capturar la luz, podemos aumentar la eficiencia fotosintética y, de este modo, la producción de biomasa.
Las microalgas también tienen microbioma
Conocer el genoma de los microorganismos que coexisten e interactúan con las microalgas es clave para comprender la complejidad ecológica de los sistemas de cultivo. Se ha demostrado que el microbioma del intestino humano desempeña un papel crucial en nuestra salud y bienestar. Mantener un microbioma saludable ayuda a prevenir enfermedades y promueve una vida sana.
Del mismo modo, el microbioma asociado a las microalgas contribuye a la salud del ecosistema. Un microbioma sano y diverso promueve el crecimiento de las microalgas, inhibe el crecimiento de patógenos y contribuye a mantener la calidad del agua en el sistema de cultivo.
Monitorizar la composición del microbioma permite detectar signos tempranos de estrés, enfermedades y desequilibrios en el ecosistema microbiano, un fenómeno conocido como disbiosis. Además, conocer cómo funciona el microbioma que rodea a las microalgas nos brinda la oportunidad de crear consorcios a medida que aceleren la producción de biomasa y mejoren su calidad.
La inteligencia artificial también puede ayudar
La información genética de las microalgas y de sus microbiomas permite generar modelos predictivos avanzados mediante el uso de la inteligencia artificial (IA). Estas herramientas simulan los efectos de la ingeniería genética y la manipulación del microbioma antes de su aplicación en entornos reales.
Al anticipar cómo estas modificaciones impactan en el rendimiento de los sistemas biológicos y su entorno, la IA está acelerando el ciclo de innovación biotecnológica. Además, los modelos de IA, entrenados con datos sobre la composición del microbioma, ayudan a predecir desequilibrios (disbiosis) en los cultivos, permitiendo así la puesta en marcha de medidas de prevención.
Establecer una base de conocimiento genético sobre las microalgas y su microbioma es crucial para superar los desafíos tecnológicos que impiden el cultivo a gran escala. Este enfoque integral, que abarca desde la comprensión de los genes hasta la producción de biomasa, permitirá aprovechar todo el potencial biotecnológico de estos microorganismos.
Al igual que la agricultura marcó un hito trascendental en la historia de la humanidad y del planeta, la expansión del cultivo de microalgas está llamada a desempeñar un papel estratégico en la transición hacia un modelo de sociedad más sostenible y equitativa. En un futuro próximo, las microalgas podrían convertirse en una fuente esencial de biocombustible y alimento. Las tecnologías necesarias ya existen, y su puesta en marcha, si la sociedad así lo decide, podría desencadenar una revolución microscópica de alcance global.
Pedro Cermeño, Experto en ecología y evolución, investigador científico, Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) and Ramiro Logares, Ecólogo microbiano, científico titular del CSIC, Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC)
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
